第2阶段 共射极放大电路的识读训练

3.2.1 典型共射极放大电路的识读分析

1.共射极放大电路的结构及关键器件

共射极放大电路是指以发射极（e）为输入信号和输出信号的公共接地端的基本放大电路。其电路的基本结构如图3-4所示。其关键器件包括一只晶体管、四只电阻器和两个电容器。

电路中偏置电阻Rb1和Rb2通过电源给晶体管基极（b）供电；负载电阻Rc是通过电源给晶体管集电极（c）供电；两个电容都是起到通交流隔直流作用的耦合电容；电阻RL则是承载输出信号的负载电阻。

NPN型与PNP型晶体管放大器的最大不同之处在于供电电源：采用NPN型晶体管的放大器，供电电源是正电源送入晶体管的集电极（c）；采用PNP型晶体管的放大器，供电电源是负电源送入晶体管的集电极（c）。

输入信号是加到晶体管基极（b）和发射极（e）之间，而输出信号又是取自晶体管的集电极（c）和发射极（e）之间，由此可见发射极（e）为输入信号和输出信号的公共端，因而称共发射极（e）晶体管放大器，常用于晶体管电压放大器电路中。

共射极放大电路输入与输出信号的相位关系，如图3-5所示。对交流信号而言，电阻阻抗很小可视为短路。

2.共射极放大电路的基本功能

由共射极放大电路构成的共射极晶体管放大器常作为电压放大器来使用，在各种电子设备中广泛使用。它的最大特色是具有较高的电压增益。由于输出阻抗比较高，因此这种电压放大器的带负载能力比较低，不能直接驱动扬声器等低阻抗的负载。

图3-6为晶体管电压放大器（共射极结构形式），结构特点是发射极（e）接地，基极（b）输入信号放大后由集电极（c）输出与输入信号反相的信号。在每个电极处都有电阻为相应的电极提供偏压。其中，+VCC是电压源；电阻R1和R2构成一个分压电路，通过分压给基极（b）提供一个稳定的偏压；电阻R3是集电极电阻，交流输出信号经电容C3从负载电阻上取得；电阻R4是发射极（e）上的负反馈电阻，用于稳定放大器工作，该电阻值越大，整个放大器的放大倍数越小；电容C1是输入耦合电容；电容C3是输出耦合电容；与电阻R4并联的电容C2是去耦合电容，相当于将发射极（e）交流短路，使交流信号无负反馈作用，从而获得较大的交流放大倍数。

设置偏压电阻，改变放大器中的偏压值，使晶体管工作在放大区，进行线性放大。线性放大就是成正比放大，信号不失真放大。如果偏压失常，则晶体三极管就不能进行线性放大或不能工作，如图3-7所示。

3.共射极放大电路中的直流和交流通路

对一个放大电路进行分析主要要做两方面的工作。一方面是确定静态工作点，即求出当没有输入信号时，电路中晶体管各极的电流和电压值，它们是IB、IC、UBE和UCE。如果这些值不在正常范围，放大器便不能进行正常放大。另一方面是计算放大器对交流信号的放大能力及其他交流参数进行动态分析，以确定放大电路的电压放大倍数Au、输入电阻ri和输出电阻ro等。

从共射极放大单元电路结构图可知，该电路在工作时，既有直流分量又有交流分量。为了便于分析，一般将直流分量和交流分量分开研究，因此将放大电路划分为直流通路和交流通路。所谓直流通路，是指放大电路未加输入信号时，放大电路在直流电源EC的作用下，直流分量所流过的路径。

①直流通路。由于电容对于直流电压可视为开路，因此当集电极电压源确定为直流电压时，可将电压放大器中的电容省去，如图3-8所示。

②交流通路。在交流分析中，由于交流供电电压源的内阻很小，对于信号来说相当于短路，所以VCC端的交流电压为0V，称为交流接地。交流接地与实际的接地端可视为同一点，发射极（e）通过电容C2交流接地，如图3-9所示。

4.共射极放大电路的工作原理

信号经共射极放大单元电路后输出反相放大的信号，其工作原理如图3-7（a）所示。进行分析时，可以将输入信号的变化曲线认为是输入端电流的变化曲线。在1/4周期时，电流呈增大状态，那么根据晶体管的放大功能IC=βIB，可知IC电流也是增大的趋势，所以根据欧姆定律URC=ICRC，IC↑，则URC↑，那么由负载RL上的输出电压URL=VCC-URC可得，IC↑，URC↑，VCC不变，URL↓，即输出如图3-10（a）所示曲线。依次类推，其他周期，如图3-10（b）、（c）、（d）所示，由此可见，输出电压与输入电压相位相反。

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多级负反馈放大电路和直接耦合放大电路都属于共发射极放大电路，下面对这两种放大电路分别进行识读分析。

5.多级负反馈放大电路

（1）多级放大器

多级放大器就是将两个及两个以上的基本晶体管放大器经过连接组成的放大电路。一般可分为电容耦合多级放大器和直接耦合多级放大器两种。构成多级放大器的关键器件多是两个或两个以上的晶体管放大器及一些相关的元件，如电阻器、电容器等。

①电容耦合多级放大器。图3-12为两个共射极（e）晶体管放大器连接而成的电容耦合二级放大器，它可以获得较高的放大倍数。前级共射极（e）晶体管放大器的输出通过电容C2耦合到后级共射极（e）晶体管放大器的输入端。电容的耦合作用是通交流隔直流，使用电容耦合，就可以防止某级放大器的直流偏压影响下一级的直流偏压，但是交流信号却能够直接通过耦合电容，送入下一级放大器。

②直接耦合多级放大器。图3-13为两个共射极（e）晶体管放大器连接而成的直接耦合二级放大器。在电路中没有耦合电容，前级共射极（e）晶体管放大器输出的直流电压，直接作为后级共射极（e）晶体管放大器的输入电压。

与电容耦合多级放大器相比，直接耦合多级放大器拥有较好的低频响应。但是当电源供电发生很小的变化时，也会被电路放大，从而造成电路明显的偏移。两极放大器的工作点互相影响。

（2）负反馈放大电路

所谓反馈，就是将放大电路的输出量（电流或电压）的一部分通过一定方式送回到放大器的输入端。反馈是改善放大电路性能的重要手段。例如，它可以改变频率特性和电路的稳定性，减小电路的失真。

前面介绍放大器电路工作原理时，信号都是从放大器输入端传输到输出端的，而反馈电路要将放大器输出端的一部分输出信号再加到放大器的输入端，让放大器重新放大反馈回来的信号，如图3-14所示。电路中的负反馈元件是组成负反馈放大电路关键器件。

反馈电路存在于放大器电路中，离开了放大器，就不存在反馈电路。反馈电路与单级放大器电路的不同之处，是要从放大器输出端取出一部分输出信号再加到放大器的输入端，让这一部分信号与原输入信号合成后，再送入放大器中，这时放大器就存在了反馈。

如果引入的反馈信号减弱了外加输入信号，也就是反馈到输入端的反馈信号的极性与输入信号的极性相反，从而引起放大器的放大倍数的减小，这种反馈称为负反馈。反之就是正反馈。放大器加入负反馈系统，会使增益下降，但放大器的稳定性或频率特性会有很大的改善，也就是用牺牲掉放大器的增益方式来获得其他性能的改善。

判别放大器是否属于负反馈放大器，首先要找出负反馈元件。一般来说，任何连接输入回路与输出回路之间的元器件，都是反馈元件。然后区分放大器中的反馈元件是正反馈元件还是负反馈元件。区分正负反馈，通常采用瞬时极性法，即先假设信号源在某一瞬时的极性为正，然后根据电路各点的相位与信号源相位的关系，看反馈到输入端的反馈信号的极性。若与信号源假设的极性相反，则为负反馈，相同则为正反馈。

正反馈虽然能提高放大器的放大倍数，但会使放大器的稳定性变坏，甚至产生自激振荡，因此在放大电路中较少采用，通常应用在振荡电路中。

反馈电路的工作过程如图3-15所示。

①单级负反馈放大器。

●并联负反馈放大器。图3-16为常见并联负反馈放大器。其中，电阻R为电压负反馈元件，它的左端直接与输入端相连，右端直接与输出端相连。

首先假设某瞬时输入信号为正极（+），由于共射极晶体管放大器输出的电压极性与输入的相反，为负极（-），通过反馈元件R，将负极性的反馈信号加到基极（b），与信号源假设极性相反，使电压减小，所以反馈元件R为负反馈。然后，将放大器的输出端对地交流短接，通过电容C2，晶体管集电极就会交流接地，此时就没有信号通过负反馈元件R反馈到晶体管基极上，电路就不存在负反馈信号了，所以这是电压负反馈电路。

●串联负反馈放大器。图3-17为常见串联负反馈放大器。其中，电阻R为电流负反馈元件，因为它既属于输入回路，又属于输出回路，将输入与输出回路联系起来了。

首先假设某瞬时输入信号为正极（+），由于发射极（e）的电压极性与基极（b）相同，也为正极（+），提高了晶体管发射极的电位。因为晶体管发射结电压等于输入电压，即Ube=U-Uf，通过反馈元件R，削弱输入信号Ube的电压，所以反馈元件R为负反馈。负反馈电阻R是用于稳定放大器，该电阻值越大，整个放大器的放大倍数越小。与负反馈电阻R并联电容C是去耦合电容，相当于将发射极（e）的交流短路，使交流信号无负反馈作用，从而获得较大的交流放大倍数。

②多级负反馈放大器。图3-18为常见的多级负反馈放大器，电阻R为两级放大器之间的反馈元件，假设某瞬时输入信号为正极（+），晶体管VT1和VT2各极电压极性如图所示。由于晶体管VT2的集电极输出的信号极性为正极（+），经反馈元件R反馈到晶体管VT1的发射极上的信号极性也为正极（+），提高了晶体管VT1发射极的电位，从而削弱了净输入信号Ube，故为负反馈。

●多级负反馈放大器的直流/交流反馈的判断。根据反馈信号的交直流性质，可以分为直流反馈和交流反馈。如果反馈信号中只包含直流成分，则称为直流反馈；若反馈信号中只有交流成分，则称为交流反馈。在很多情况下，交、直流两种反馈都有。

图3-19为实用多级负反馈放大器。在图3-19（a）中，设晶体管VT2发射极的旁路电容C2足够大，可认为电容两端的交流信号基本为零，则从晶体管VT2的发射极通过电阻R引回到晶体管VT1基极的反馈信号中将只有直流成分，因此电路中引入的是直流反馈。在图3-19（b）中，从输出端通过电容C和电阻R将反馈引回到晶体管VT1的发射极，由于电容的隔直作用，反馈信号中将只有交流成分，所以这个反馈是交流反馈。

直流负反馈的作用是稳定静态工作点，对放大器的各项动态性能，如放大倍数、通频带、输入及输出电阻等没有影响。各种不同类型的交流负反馈将对放大电路的各项动态性能产生不同的影响，是用于改善电路交流性能的主要手段。

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●多级负反馈放大器的电流/电压反馈的判断。根据反馈信号在放大器输出端采样方式的不同，可以分为电压反馈和电流反馈。如果反馈信号取自输出电压，称为电压反馈；如果反馈信号取自输出电流，则称为电流反馈。

在图3-19（a）中，如果去掉旁路电容C2，则反馈信号与输出回路的电流成正比，因此是电流反馈。在图3-19（b）中，反馈信号与输出电压成正比，属于电压反馈。

放大器中引入电流负反馈，将使输出电流保持稳定，其结果是提高了输出电阻；引入电压负反馈，将使输出电压保持稳定，其结果是降低了电路的输出电阻。

为了判断放大电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈，一般可假设将输出端交流短路，即令输出电压等于零，观察此时是否仍有反馈信号，如果反馈信号不复存在，则为电压反馈；否则为电流反馈。

●多级负反馈放大器的串联/并联反馈的判断。根据反馈信号与输入信号在放大电路输入回路中求和形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。

如果反馈信号与输入信号在输入回路中以电压形式求和，即反馈信号与输入信号串联，则称为串联反馈；如果二者以电流形式求和，即反馈信号与输入信号并联，则称为并联反馈。

在图3-19（b）中，晶体管VT1的基极和发射极之间的净输入电压Ube等于外加输入电压与反馈电压之差，即Ube=U-Uf，说明反馈信号与输入信号以电压形式求和，因此属于串联反馈。在图3-19（a）中，假设去掉旁路电容C，晶体管VT1的基极电流等于输入电流与反馈电流之差，即Ib=Ii-If，也就是说，反馈信号与输入信号以电流形式求和，所以是并联反馈。

6.直接耦合放大电路

直接耦合放大电路也称为直流放大电路，它不仅可用来放大交流信号，而且还可放大直流信号或缓慢变化（即频率很低）信号。也就是说，直流放大电路必须具有下限工作频率趋近于零的良好低频特性。

直接耦合放大电路中的关键器件仍为晶体管放大器用直接耦合方式代替了电容耦合。

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（1）单管直流耦合放大器

所谓单管直流耦合电路是指放大电路中只有一只晶体管，它与共射基本放大电路相比，仅少了两个耦合电容C1和C2。由于没有C1、C2的隔直流作用，因而信号源和负载均对直流工作状态产生影响。图3-20为单管直流耦合电路。其中的关键器件为一只晶体管和提供偏压的电阻器。

电路中的偏置电阻（Rb）通过电源给晶体管基极供电；负载电阻（Rc）通过电源给晶体管集电极供电；电阻（RS）对信号源来说是限流电阻，为晶体管提供适当的输入电流；电阻（RL）则是放大器输出信号的负载电阻。晶体管（VT）的功能是放大基极的输入信号。

（2）两级直流耦合放大电路

两级直流耦合放大电路如图3-21所示。它比单管直接耦合电路多了一只晶体管。由图可见，VT1的集电极电压（UC1）等于VT2管的基极电压（Ub2），由于VT2发射极压降UBEQ2很小（硅管为0.7V，锗管为0.3V），使VT1的集电极电位也很低，难以正常工作；另外，VT2管的静态基极电流也会过大，使VT2管也不能工作在放大区。这就是说，两个基本共射放大电路直流耦合是不能正常放大的。

为了能使两级直流耦合电路能正常放大工作，必须抬高VT2的基极电位。图3-22所示为抬高VT2基极电位的实用电路。其中，图3-22（a）是在VT2的发射极接一电阻Re2，这种方法虽然抬高了基极电位使VT1和VT2都能正常放大工作，但第二级电压放大倍数严重下降。

为了既能抬高基极电位，又能使VT2的放大倍数不致下降太多，将Re2改换成一稳压管DZ，如图3-22（b）所示。图中电阻R是确保稳压管工作在稳压区的限流电阻。

由图3-21和图3-22可知，直流耦合放大电路中各级的工作点不独立、互相影响，且存在零点漂移现象。

放大器的基本功能是稳定放大输入的信号。当无输入信号时或输入信号为零（输入端接地）时，输出应保持一定的电压值或零值不变。但由于环境温度或供电电压的变化使放大器的输出出现波动或变化，这种现象称为零点漂移。

其实，由于温度变化、电源电压的波动和晶体管老化等原因，晶体管参数发生变化是客观存在的，因此引起各级放大电路的零点漂移是必然的。只不过在阻容耦合电路中（放大器之间由电容器连接而不是直接连接的耦合电路），由于耦合电容的作用将这种漂移限定在本级范围内，不会影响下一级，更不会逐级放大。但在直流耦合放大电路中，第一级的微小变化（漂移）就会影响下一级甚至还会被逐级放大，在输出端产生严重的漂移，如图3-23所示。

图3-23为湿度检测电路，湿度传感器的阻抗变化会引起输出电压变化，经放大后变成电压的变化量。

放大电路的零点漂移通常以输出端的漂移电压折合到输入端的漂移量来衡量，即把输出端的零点漂移电压与放大电路的电压放大倍数的比值作为该放大电路的零点漂移电压指标。其值越小，电路质量越好。

零点漂移对输出产生影响主要是第一级，因此抑制或减小放大电路的零点漂移就是要抑制或减小第一级的零点漂移。通常抑制零点漂移的措施有以下几个方面：

①选用稳定性好的高质量硅晶体管；

②采用单级或级间负反馈电路，有利于减小零点漂移；

③利用反向变化的热敏元件去补偿放大管因温度影响引起的零点漂移；

④采用差动放大电路能有效地抑制零点漂移，是直流放大电路的主要形式。

（3）多级直流耦合放大电路

在由多级放大电路组成的直流耦合放大电路中，如果每级都使用NPN型三极管，则为了使各级都有合适的工作点，后级的基极、集电极电位需要逐级升高，以致减小了末级输出电压的变化范围。为了解决这个问题，在实际应用中，可采用NPN和PNP管配合使用，以降低后级的直流电位，如图3-24所示。图3-24（a）为NPN管（VT1）和PNP管（VT2）配合使用，以降低后级（VT3）的电位。此外，也可以利用射极输出器、稳压二极管等降低后级放大电路的直流电位。图3-24（b）为使用射极输出器（VT2）以降低后级（VT3）的电位。

耦合放大电路除了直流耦合放大电路外，还有阻容耦合放大电路和变压器耦合放大电路的形式。

①阻容耦合多级放大电路。图3-25为一个两级阻容耦合放大电路。从图中可以看出，在两个单级放大器之间，交流信号是通过耦合电容C2从第一级向第二级传送的。第一级的“负载”就是第二级的“输入电阻”。交流信号经第一级放大后，由耦合电容C2送入第二级，信号电压就落在了第二级的输入电阻两端，这就是阻容耦合的含义。

阻容耦合方式有两个突出的优点：一是耦合电容有隔直作用，所以各级放大器的工作点彼此独立，给电路的设计和维修带来了很大的方便；二是在信号频率已知的条件下，适当选取容量较大的耦合电容，可以减小信号在电容上的损耗，以提高传输效率。

阻容耦合方式的缺点：不能放大频率很低的信号。因为对频率很低的信号，耦合电容的容抗很大，信号的传输效率太低。

阻容耦合方式多用于各种频率的小信号放大电路。

②变压器耦合多级放大电路。图3-26为一个两级变压器耦合中频放大电路。第一级和第二级之间通过变压器互相连接。

变压器耦合有两个优点：一是因为变压器只能耦合交流信号（即只能变交流不能变直流），所以前后两级的静态工作点也是彼此独立的；二是变压器有阻抗变换作用，利用变压器耦合，前后两级之间可以获得最佳阻抗匹配，以使前级放大器能够向后级放大器输出最大的功率。

变压器耦合方式的缺点：一是不能放大频率很低的信号；二是变压器的体积和质量都较大，不适于小型化和集成化。

变压器耦合方式广泛应用于低频功率放大器、中频放大器和高频放大器。

3.2.2 共射极放大电路的应用与识读案例训练

1.两级共射极放大器组成的宽频带实用放大器

图3-27是采用两级共射极放大器组成的宽频带实用放大器。输入、输出和极间耦合均采用电容方式，C4、C8为发射极去耦电容，用于消除交流负反馈，增强交流信号放大的能力，接在-15V电源中的电感（10μH）和R6、C3、R11、C7、C2等均为滤波器，用以滤除电源中的波纹。

带“”号的电容为高频补偿电容。调整该电容可使带内频率特性达到±1dB。

图3-28为三种基本偏置电路（固定偏置电路、自偏置电路和分压偏置电路）的结构。

2.直接耦合放大电路

图3-29是玩具车电动机驱动电路的电路图。

该电极驱动电路是一种光控双向旋转的电动机驱动电路。光敏晶体管接在VT1的基极电路中，有光照时光敏晶体管有电流，则VT1导通；无光照则VT1截止。有光照时，VT1导通，VT2截止，VT3导通，VT4导通，VT5导通，则有电流I1出现，于是电动机正转；无光照时，VT1截止，VT6导通，VT7导通，VT8导通，则有电流I2出现，电动机反转。

3.差动放大电路

由于零点漂移与输入信号同属信号变化缓慢的“直流”量，如果漂移的大小接近或者超过了输入信号，那么输入信号将被零点漂移所淹没。因此，减小零点漂移就成为制作高质量直流放大器的一个重要目标。差动放大电路是一种能有效抑制零漂的直流放大电路，又称差分放大电路。常用在多级放大电路的前置级，也是运算放大器中的基本电路。

图3-30为差动放大器的基本电路结构。

由图可见，它实际上是由两个对称的单管共射放大电路组成的。其中，VT1和VT2是两只特性相同的三极管，Rb11和Rb21是偏置电阻，Rb12和Rb22是基极限流电阻，而Rc1和Rc2是集电极负载电阻。通常为了满足对称的要求，必须使Rb11=Rb21，Rb12=Rb22，Rc1=Rc2。Ui是输入信号电压，经Rb1和Rb2分压为ui1和ui2，分别加到两晶体管的基极（称为双端输入）；Uo是输出电压，为两管输出电压之差，即Uo=Uo1-Uo2（称为双端输出）。